【正文】 總設(shè)計框圖 STC89C52 AD9854 低通濾波電路 運放 方波 積分器 三角波 正弦波 FSK BPSK 基于 DDS的多波形發(fā)生器研究與設(shè)計 3 第 2 章 直接數(shù)字頻率合成的技術(shù)原理 DDS 簡介 直接 數(shù)字 頻 率合成技 術(shù)是 從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新 技術(shù)。它是一種任意波形發(fā)生器， DDS技術(shù)真正得到認可是在上世紀(jì) 90 年代，隨著電子技術(shù)和數(shù)字集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展給 DDS 提供了技術(shù)平臺，使得 DDS 的優(yōu)越性不斷體現(xiàn)，得到了越來越多的認可。所謂頻率合成就是將一些高穩(wěn)定度、具有一定相位特征的頻率源經(jīng)過電路上的倍頻、混頻、分頻等信號處理然后對其進行數(shù)學(xué)意義上的加、減、乘、除等四則運算，從而產(chǎn)生任意的具有同樣精確度的頻率源。 關(guān)鍵詞： DDS 技術(shù)； AD9854；信號源；單片機 II Research and Design of MultiWaveform Generator Based on DDS Abstract： DDS devices are the highspeed digital circuit and high speed A / D conversion technology, with the frequency conversion time is short, relatively wide bandwidth, high frequency resolution, phase output continuity and phase can be fast switch etc. can achieve the signal digital debugging. And because a DDS is digital high density integrated circuit products, chip has the advantages of small volume, low power consumption, so using DDS constitute high performance frequency synthesizer signal source to replace the traditional frequency signal source is the trend of the future. STC89C52 is a kind of low power consumption, high performance CMOS eight bits microcontroller with STC, and has 8K in system programmable Flash memory. STC89C52 use the classic MCS51 kernel, but made a lot of improvements make the chip with the traditional 51 microcontroller do not have the function. On the single chip, with the smart 8 bit CPU and programmable Flash in the system, making STC89C52 for many embedded control application system to provide high and flexible, ultra effective solution. This design takes 51 single chip microputer and AD9854 chip DDS as the core, and uses direct digital synthesis technology to design the multifunction signal generator. DDS synthesis of FSK、 BPSK 、 Square wave and Sine wave signal is used in the design, and the final waveform is basically achieved the requirements of the mission book. Keywords: DDS。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。 27 三角波產(chǎn)生電路 16 AD9854 的工作模式 15 DDS 芯片簡介 7 非理想狀態(tài)下的雜散以及抑制方法 4 DDS 的優(yōu)缺點 4 DDS 的基本結(jié)構(gòu) 3 DDS 的基本結(jié)構(gòu)與原理 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 目 錄 摘要 II 第 1 章 緒 論 1 總設(shè)計框圖 3 DDS 簡介 3 直接數(shù)字頻率合成的技術(shù)指標(biāo) 6 DDS 的缺點 10 第 3 章 硬件電路設(shè)計 25 AD9854 電源電路 32 PC 上位機 模塊 39 致 謝 40 附 錄 41 I 基于 DDS 的多波形發(fā)生器的研究與設(shè)計 摘要 ： DDS 器件采用了高速數(shù)字電路和高速 D/A 轉(zhuǎn)換技術(shù)，具備了頻率轉(zhuǎn)換時間短、相對帶寬寬、頻率分辨率高、相位輸出連續(xù)以及相位可快速切換等優(yōu)點，可以實現(xiàn)對信號的全數(shù)字式調(diào)試。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AD9854。當(dāng)今頻率合成技術(shù)大致分為三種，即直接模擬頻率合成法、間接頻率合成法（鎖相環(huán)路法）、直接數(shù)字頻率合成。AD 公司生產(chǎn)的 AD985 AD985 AD9858 等都是典型代表，它們功能強大且性能穩(wěn)定，其系統(tǒng)時鐘頻率從 30MHz到 1GHz不等，在芯片內(nèi)部還做了抑制雜散的處理，它們不僅能產(chǎn)生傳統(tǒng)的三角波、方波、鋸齒波，而且還可以產(chǎn)生任意波形，因此很適合做各種調(diào)制方式分析。 它在眾多領(lǐng)域 中 都有 著廣泛的 應(yīng)用。 直接數(shù)字頻率合成的技術(shù)指標(biāo) 直接數(shù)字 頻率 合成（ DDS） 是將先進的數(shù)字處 理理論與方法引入頻率合成的一項新技術(shù)， DDS 把一系列數(shù)字量形式的信號通過數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量形式的信號 。 能否提供靈活的低相位噪聲 以及 可變頻率 的信號 源 ，在工業(yè)以及 生物醫(yī)學(xué)測試設(shè)備的應(yīng)用上，方便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、高精度是設(shè)計生產(chǎn)的重要因素。也可 用相對帶寬來衡量： 相對帶 寬 =2（ f max－ f min） /（ f max +f min） △ f：相鄰兩個輸出頻率之間的間隔，也稱為輸出 間隔 頻率 ，或頻率基于 DDS的多波形發(fā)生器研究與設(shè)計 4 步進值 。 DDS 合成器則 能夠做到很低的頻率。 DDS 的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 圖 DDS 的基本結(jié)構(gòu) (l) 相位累加器 相位累加器是 我們拿 來實現(xiàn) 數(shù)字 線性 信號 依次 累加 的前提 ， 信號寬度 可以 從 累加器的最小值到它 的滿偏值。 這樣 ， 相位累加器在時鐘 fc 的作用下 ， 進行相位累加 ， 當(dāng) 累加器累加 到 滿量時就會產(chǎn)生一次溢出 ， 從而完成總個周期的動作 。 則 可得到它的周期 為 ),2( 2 KGU NNk ? (21) 其中 G 代表的是 最大公約數(shù) 。從理 論上來說，輸出波 存儲器 能夠 存儲 所有的周期性 任意 輸出 波形， 在實際使用中 ， 正弦波 的產(chǎn)生 是最普遍的 ， 其中其用途也是最廣泛的 。 (4) 低通 帶 濾波器 DDS 的理論基礎(chǔ)是奈奎斯特采樣定理，奈奎斯特定理 可 描述為：在進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，當(dāng)采樣頻率 fs大于最高頻率 fc 的二倍時，采樣之后的數(shù)字信號將保留原有信號的全部信息， 其中最小采樣速率 fs 稱為奈奎斯特速率。波形數(shù)據(jù)存儲器將查找出的波形數(shù)據(jù)輸出到 D/A 轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后獲得模擬信號。 所以 頻率 變化 時間等于頻率 的 控制字傳輸時間。 (2) 頻率 的 分辨率高 波形 ROM 地址 址 數(shù) 據(jù) 相位量化序列 正弦幅度量化序 列 N 位 D 位 基于 DDS的多波形發(fā)生器研究與設(shè)計 7 若時鐘 fc 頻率不變， 則 DDS 頻率 的 分辨率 通過由相位累加器 位數(shù) N 來 決定。 (4) 波形 輸出 的靈活性 只要在 DDS 的 內(nèi)部加上相應(yīng) 的控制如頻率 控制 FM， 相位 控制 PM與幅度 控制 AM，則能夠 方便靈活 的實現(xiàn)調(diào)頻、 調(diào)相 和調(diào)幅的 功能， 也能 產(chǎn)生 FSK、 PSK、 ASK、和 OSK等 調(diào)制 信號 波形 。 它的主要來 源 分為三個部分， 累加器 的 相位舍入誤差 所導(dǎo)致 的 雜散 ；幅值 量化誤差 所 造成的雜散以及 DAC 不是很 理想 所導(dǎo)致 的 雜散 。 此 外 由于 D/A 轉(zhuǎn)換器 所具有的 非線性 的特基于 DDS的多波形發(fā)生器研究與設(shè)計 8 征 也會影響 其中 DDS 所 輸出 的 頻譜 P? (n)。 則其 截斷后 的 高 A 位所 輸出 來 的相位 變化 序列 p? (n)為： p? (n)= BNB nKnKnn 2m o d2m o d)2m o d)(()( ????? （ 23） 則 正弦序列 p? （ n）為： )(22)( nnpNp ?? ?? （ 24） 因為 相位截斷 所產(chǎn)生的 相位誤差 值 序列 ep（ n）為： ep（ n） = ??)(n p? BnKn 2mod)( ? （ 25） 由式（ 25）可知當(dāng) K= Bm2 （ m為整數(shù)） 時 誤差量 值為 ep（ n） =0，當(dāng) K? Bm2時其 誤差 值也就 不為 0。 放入波形 存儲器 ROM 中的幅 值 編 碼都是經(jīng)過量化 過 的， 所有會存在 量化誤差 ，當(dāng)其 量化 的 時 侯一般都是應(yīng)用近似 法， 這個時候的 量化 的 轉(zhuǎn)移函數(shù) 以及 量化誤差 的轉(zhuǎn)移函數(shù)如圖 (a)和圖 (b)所示。實際上 的要求是 強制 K 當(dāng)作 奇數(shù)，即能 夠 保證其與 2N 的互質(zhì)，這些 雜散 的改善 方法是 Nicholas 算法對 DDS 雜 散 進行 了深入理論分析 的結(jié)果。本著實用、可靠、安全、簡潔及經(jīng)濟的原則， 本設(shè)計 選用了 STC89C52 單片機 作為核心控制器件 。 3 種 不同的 工作模式 可 分為 1種正常 的 工 作模式 以及 2 種 可軟件 選擇 的節(jié)電模式， 軟件選擇 的 節(jié)電 模式時，STC89C52 的 CPU 停止工作。 而 在 其 訪問外部 的 程序 以及 數(shù)據(jù) 的 存儲器時， P0 口也可以作為 低 8 位地址和 8 位的數(shù)據(jù)共 用總線。 當(dāng) 對端口 中 寫入 1時， 可 通過 其內(nèi)部所擁有的 上拉電阻把端口 提升到 高電位 值 ，這時 可 當(dāng) 輸入口使用 。 當(dāng)單片機外部擴展有存儲器時， P2 口可用于輸出高 8 位地址，這時 CPU 送來的控制信號應(yīng)為高電平，使 MUX 與地址接通，此時引腳上得到的信息為 地址。同 樣，輸入時引腳數(shù)據(jù)通過三態(tài)緩沖器在讀引腳選通控制下進入內(nèi)